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不同时空尺度下土壤中1.1b-AOA生理生态功能及其物种分化和环境选择适应机制

批准号:
41977056
项目类别:
面上项目
资助金额:
61.0 万元
负责人:
王保战
依托单位:
学科分类:
基础土壤学
结题年份:
2023
批准年份:
2019
项目状态:
已结题
项目参与者:
王保战

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
氨氧化古菌(AOA)是地球硝化过程最重要的驱动者之一。每年约1亿吨氮肥进入农田生态系统,占全球氮输入总量的25%。1.1b类群AOA在土壤硝化微生物中占数量上的绝对优势,且多样性极高。然而土壤中绝大多数1.1b-AOA类群生理生态功能未知,且其在不同时空尺度下的物种分化和环境选择适应机制亦不清楚。这极大制约了对土壤硝化过程微生物学机制的认识。本项目拟选择理化性质具有显著差异的自然土壤和~30年长期定位施肥试验的农田土壤,研究土壤中1.1b-AOA不同类群的生态学分布规律;通过13C-DNA-SIP技术示踪不同类群1.1b-AOA的氨氧化活性,并进行纯菌株的分离培养;通过宏基因组学等手段在不同时空尺度下,解析土壤1.1b-AOA在种内、种间和群落水平的物种分化和环境选择适应机制。研究结果将加深对土壤1.1b-AOA物种多样性形成机制及其对全球氮循环贡献的认识,具有重要的理论和生态环境意义。
英文摘要
Ammonia-oxidizing archaea (AOA) is the major driver of global nitrification. Annually, about 100 Tg of N fertilizer is applied to the agroecosystems, accounting for 25% of global nitrogen inputs. 1.1b group of AOA numerically predominate the soil nitrifying communities, and contain at least 14 phylogenetically different clusters. However, ecophysiological functions of most of the 14 clusters, as well as the species differentiation and evolutionary adaptation of soil 1.1b-AOA are still unclear. Here, natural soils with distinct physicochemical properties and the agricultural soils under ~30 years of different fertilizer applications will be collected to investigate the ecological distribution of the different populations, especially ‘sequence-discrete populations’, of soil 1.1b-AOA. We then use DNA-SIP technique to determine ammonia oxidation activity of different clusters of soil 1.1b-AOA. The representative cultures of each cluster will be also enriched and isolated. The species differentiation and evolutionary adaptation of soil 1.1b-AOA at intra- and inter species, and whole community levels will be revealed by using metagenomic analysis at different temporal and spatial scales. The results will enhance our understanding of the mechanisms underpinning the species diversity of soil 1.1b-AOA and their contribution to the global nitrogen cycling.
氨氧化古菌(AOA)是地球生物圈中极为丰富和普遍的一类古菌。在海洋微生物浮游生物中它们的比例达到近30%,而在土壤微生物群落中这一比例可高达5%。因此,AOA构成了一个在生物地球化学领域具有显著重要性的功能群体,对全球氮循环具有关键作用。我国每年约有1亿吨氮肥被用于农田生态系统,占全球氮输入总量的四分之一。在土壤硝化微生物中,1.1b类群AOA数量占据绝对优势,并展现出高度多样性。然而,土壤中大多数1.1b-AOA类群的生理生态功能尚不明确,其在不同时间和空间尺度上的物种分化及环境适应机制仍然是一个谜。这限制了我们对土壤硝化过程微生物学机制的深入理解。本项目选取了理化特性差异显著的自然土壤(如青藏高原的三种典型生境、不同年限的森林土壤、滨海滩涂湿地)以及经过约30年长期定位施肥的农田土壤,来研究土壤中1.1b-AOA不同类群的生态分布规律。在此过程中,我们发现了新的耐酸1.1b类群,并获得了该类群的基因组序列;应用13C-DNA-SIP技术追踪了滨海滩涂湿地和长期农田不同施肥条件下1.1b-AOA不同类群的氨氧化活性,并进行了代表性菌株的富集培养。通过宏基因组学等方法,我们还发现了新的AOA类群及其潜在的能量生成新机制,揭示了包括1.1b-AOA在内的全球AOA物种的演化新路径,并突破性地解析了包括土壤1.1b-AOA在内的不同氨氧化微生物类群的氮源调控新机制。这些研究成果不仅加深了我们对土壤1.1b-AOA物种多样性形成机制及其在全球氮循环中作用的理解,而且具有重要的理论和环境生态意义。以上研究成果以本项目第一标注发表在《Nature Microbiology》、《ISME Journal》等著名期刊上。
土壤AOA与AMF协同互作影响和调控水稻AMF途径氮传输效率的机制研究
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    53万元
  • 批准年份:
    2022
  • 负责人:
    王保战
  • 依托单位:
国内基金
海外基金